Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Гуляев Павел Владимирович

Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией
<
Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гуляев Павел Владимирович. Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.02 : Зерноград, 2005 181 c. РГБ ОД, 61:05-5/3343

Содержание к диссертации

Введение

Состояние вопроса и задачи исследования 8

1.1 Технология водоснабжения в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации 8

1.2 Анализ причин выхода из строя погружных электронасосных агрегатов водоподъема 12

1.3 Существующие методы и средства повышения эксплутационной надежности ПЭА 17

1.4 Выводы и постановка задач исследования 26

Основные положения теории работы электродвигателей при широтно-импульсной модуляции в обмотках синусоидальных токов 28

2.1 Краткий анализ метода широтно-импульсной модуляции. Теория формирования фазных зон при широтно-импульсной модуляции 28

2.2 Анализ основных и дополнительных функций устройства защиты и управления погружным электродвигателем, разработка способов peaлизации этих функций - 41

2.3 Схема устройства защиты и управления погружным электродвигателем 54

2.4 Моделирование работы устройства защиты и управления погружным электродвигателем б 1

2.4.1 Математическая модель формирования токов в обмотках трёхфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя при питании от устройства управления, работающего по принципу широтно- 63 импульсной модуляции

2.4.2 Расчёт электромеханических процессов асинхронного короткозамкнутого двигателя при различных способах пуска и регулировки частоты вращения 77

Программа и методика исследований работы устройства защиты и управления 90

3.1 Программа экспериментальных исследований 90

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 94

4 Экспериментальные исследования устройства защиты и управления погружным электродвигателем 97

4.1 Лабораторные исследования устройства 97

4.2 Гармонический анализ экспериментальных токовых кривых 118

5 Технико-экономическое обоснование разрабатываемого устройства защиты и управления - 124

5.1 Расчет капитальных вложений 124

5.2 Расчет экономической эффективности 130

5.3 Расчет чистого дисконтированного дохода 131

Общие выводы

Введение к работе

Нарушение энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей, приводит к нарушению различных технологических процессов, в результате чего ущерб может быть очень большим. В животноводстве или птицеводстве, ущерб от нарушения водоснабжения может составить несколько миллионов рублей, а также гибель всего поголовья. Самым ненадёжным звеном в системе сельскохозяйственного водоснабжения является погружной электродвигатель (ПЭД). Выход из строя ПЭД снижает устойчивость сельскохозяйственного водоснабжения.

Статистический анализ выхода ПЭД из строя по причине возникновения различных неисправностей показывает, что на неисправность подшипникового узла в начальной стадии приходится 20 - 25% всех вышедших из строя электродвигателей. На обрыв фазы питающей сети - 40 - 50%. Заклинивание вала рабочей машины или электродвигателя - 10 - 15%. А на пробой изоляции вследствие механических повреждений или несоответствия исполнения — 15 - 25% /37/.

Основными причинами выхода из строя погружных электронасосных агрегатов (ПЭА) являются: несимметрия напряжений фаз питающей сети (обрыв фаз), технологическая перегрузка в результате износа подшипникового узла, а также нарушение целостности изоляции обмоток вследствие частых пусков.

Вопросами повышения устойчивости с.х. водоснабжения занимались Кириенко П.И., Мамедов О.Г., Петько В.Г., Масандилов Л.Б., Рекус Г.Г., Белоусов В.И., Счастливый Г.Г., Семак В.Г., Федоренко Г.М., Таран В.П., Евлан-тьев В.А., Грундулис А.О., Лещевиц П.Э., Пястолов А.А., Гамзаев М.М., Попов Н.М., Гетмененко В.М., и др. Эти учёные повышали эксплуатационную надёжность ПЭД, отключая их от питающей сети в случае нарушения электроснабжения. Но были и работы направленные на сохранение работоспособности ПЭД в случае возникновения несимметричного режима сети. Такие устройства разрабатывали Таранов М.А., Данилов В.Н., и др. Но они не получили широкого распространения из-за ограниченных функциональных возможностей.

В последние годы, в сельской местности, наблюдается тенденция увеличения количества обрывов фаз питающей сети, вследствие большого износа сель скохозяйственных линий электропередачи. Это ещё в большей степени способствует снижению эксплуатационной надёжности ПЭД и ухудшению устойчивости с.х. водоснабжения.

На основании изложенного сформулирована проблема: некачественное электроснабжение потребителей, а также отсутствие устройств позволяющих сохранить работоспособность электропривода при несимметрии питающего напряжения снижают эксплуатационную надёжность ПЭД и приводят к существенным технологическим ущербам.

Целью работы является: повышение устойчивости сельскохозяйственного водоснабжения путём совершенствования защиты и управления погружными электродвигателями.

Объектом исследований является: специализированное устройство защиты и управления питающее погружной электродвигатель в нормальных и аварийных режимах работы сети.

Предметом исследований являются: электромеханические характеристики погружного электродвигателя с устройством, обеспечивающим его работоспособность в нормальных и аварийных режимах.

Рабочая гипотеза: надёжность сельскохозяйственного водоснабжения можно существенно повысить за счёт обеспечения работоспособности в аварийных режимах работы путём использования специальных устройств защиты и управления погружными электродвигателями.

Научная гипотеза: повышение эксплуатационной надёжности электродвигателей возможно путём создания симметричной искусственной системы напряжений при их несимметрии в питающей сети. Научная новизна работы заключается в следующем: - получены теоретические зависимости величины тока и формы токовых кривых при различных способах широтно-импульсной модуляции синусоидальных токов в обмотках короткозамкнутого асинхронного электродвигателя;

разработана математическая модель, позволяющая описать формирование токов в обмотках погружного электродвигателя при питании от устройства управления, работающего по принципу широтно-импульсной модуляции;

- разработана математическая модель, позволяющая определить электромеханические процессы при различных способах пуска и регулировки частоты вращения погружного электродвигателя.

Практическая ценность заключается в следующем:

- создано устройство защиты и управления, позволяющее: сохранять работоспособность погружного электродвигателя при возникновении несимметрии напряжений питающей сети; осуществлять плавный пуск погружного электродвигателя; регулировать частоту вращения и осуществлять автоматическое отключение электродвигателя при возникновении внутренних неисправностей; (техническая новизна защищена патентом № 2228570 и заявкой на изобретение №2003125022/09 на которую получено решение о выдаче патента)

- разработана система плавного пуска погружного электродвигателя, позволяющая: осуществлять пуск с плавным наращиванием частоты вращения электродвигателя и ограничением бросков пусковых токов до величины номинального тока двигателя; уменьшить износ подшипников; увеличить срок службы скважины, уменьшив вынос песка и разрушение гравийного фильтра.

На защиту выносятся следующие положения:

теоретическое обоснование функций, обеспечивающих работоспособность погружных электродвигателей в нормальных и аварийных режимах сети;

математическая модель, позволяющая описать формирование токов в обмотках погружного электродвигателя при питании от устройства управления, работающего по принципу широтно-импульсной модуляции;

математическая модель электромеханических процессов при различных способах пуска и регулировки частоты вращения погружного электродвигателя;

схемное решение устройства защиты и управления ПЭД. Реализация и внедрение результатов работы. Разработанное устройство управления и защиты погружных электродвигателей внедрено на ФГУП ВНИИ «Градиент», а также испытано в СПК «Целинский» Целинского района Ростовской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях АЧГАА (г. Зерно-град) 2001-2005гг., ВНИПТИМЭСХ 2001г., Кубанского государственного аграрного университета 2003-2004гг., Ставропольского государственного аграрного университета 2003г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и приложения. Изложена на 181 странице, включая 11 таблиц, 72 рисунков и библиографического списка состоящего из 186 наименований. Приложение к диссертации дано на 25 страницах.

Анализ причин выхода из строя погружных электронасосных агрегатов водоподъема

В настоящее время в технической литературе имеется огромное количество информации о причинах выхода из строя погружных электронасосных агрегатов. Эти данные очень сильно отличаются друг от друга, что объясняется трудностью определения действительной причины отказа ПЭА и различными подходами авторов к этому вопросу.

Основываясь на исследованиях Данилова В.Н., Кириенко П.И., Маме-дова О.Г., Петько В.Г., Масандилова Л.Б., Рекуса Г.Г., Белоусова В.И., Счастливого Г.Г., Семак В.Г., Федоренко Г.М., Таран В.П., Евлантьева В.А., Грундулиса А.О., Лещевиц П.Э., Пястолова А.А., Гамзаева М.М., Попова Н.М., и др. можно выделить основные факторы, снижающие эксплутацион-ную надежность ПЭА: разрушение изоляции обмотки статора из-за перегревания при возникновении аварийного режима, перегрузок и работы на двух фазах (40-50%); интенсивный износ подшипников скольжения из-за «сухого трения» в начале пуска (20-25%); механические перегрузки вначале пуска (10-15%); пробой изоляции обмотки статора (15-25%); прочие факторы (до 7%).

К прочим факторам можно отнести: гидравлические нестационарные возмущения в скважине при пуске ПЭА, ведущие к пескованию; отсутствие эксплуатационного оборудования; повреждение обмоток и активной стали статора; коррозия. Анализ эксплуатация ПЭА показал, что с увеличением частоты включения их срок службы сокращается пропорционально количеству включений /166/. В первый момент пуска водяная смазка в резинометаллических подшипниках отсутствует, происходит «сухое трение» и подшипники быстро выходят из строя. В момент последующих пусков также возникают механические перегрузки, приводящие к повреждению ПЭА /33/. Это подтверждает тот факт, когда ПЭА работали в течение нескольких лет без выключения и износа подшипников практически не было.

Специфика работы скважины заключается в частых пусках электронасоса. Рекомендуемая в /151/максимальная частота включения насоса за 1 час, должна составлять 11-29 включений. Там же указывается, что при эксплуатации погружных насосов следует стремиться к длительному режиму работы, так как повторно-кратковременный режим работы ухудшает условия эксплуатации насоса и скважины. Большое влияние на работу водоподъемного оборудования оказывает состояние водозаборного сооружения. Особенно оно сказывается на работе погружных центробежных насосов, при эксплуатации которых предъявляются жесткие ограничения по качеству перекачиваемой воды.

В числе основных причин нарушения работы скважин в /169/ указывается неправильная с точки зрения гидравлики эксплуатация (частые остановки насоса, изменение количества отбираемой воды, повышение мощности водоподъемного агрегата).

На характер переходного режима работы водозаборных скважин в период пуска оказывают значительное влияние характеристики установленного насоса (время разгона до номинальной угловой скорости и номинальная подача), положение статического уровня (время пуска насоса, т.е. время изменения скорости движения воды через него), диаметр скважины (скорость движения воды в ней) и толщина гравийной обсыпки.

При частых отключениях насоса повышается содержание абразивных частиц в перекачиваемой воде и эта величина достигает 0,3% по весу /70/, что ускоряет износ деталей и ухудшает эксплуатационные показатели работы насоса.

При попадании частиц на поверхность резинового подшипника интенсивно изнашиваются пята электродвигателя и подпятник. В результате ротор насоса оседает и задевает за неподвижный корпус.

Таким образом, налицо зависимость эксплутационной надежности как электронасоса, так и скважины от интенсивности гидравлических переходных процессов в скважине при пуске и торможении электронасосов.

Наиболее подробно статистика отказов ПЭА в сельскохозяйственном производстве дана в работе Кириенко П.И. /65/, из которой следует что отказы, связанные с нарушениями правил эксплуатации, составляют 12%. Наибольшую долю имеют отказы насоса (44,2%); из них основными причинами отказов являются износ рабочих колес, направляющих и резинометалличе-ских подшипников. Среди отказов электродвигателя наибольшую долю имеет выход из строя обмотки статора (58,6%) и подшипников (37,1%). Разрушение шпоночного соединения валов насоса и электродвигателя из-за механических перегрузок составляет 2,8%.

В.М. Гетманенко /37/ провел исследования причин выхода из строя погружных электродвигателей. Проанализировав различные источники /64,81,98,62/, приводится несколько иная статистика причин выхода из строя погружных асинхронных электродвигателей (таблица 1.3).

Согласно /162/ срок службы погружных насосных агрегатов водоподъёма в сельском хозяйстве составляет около 20000 часов. Ежегодно из строя выходит до 25% скважин /60,69/, следовательно, до 25% насосов может выходить из строя ежегодно из-за износа деталей и узлов.

Анализ основных и дополнительных функций устройства защиты и управления погружным электродвигателем, разработка способов peaлизации этих функций

Так как разрабатываемое устройство предназначено для защиты и управления погружных электродвигателей, то оно должно сохранять работоспособность электропривода при возникновении несимметрии питающего напряжения, обрыве одной или двух фаз питающей сети. Кроме этого устройство должно осуществлять аварийное автоматическое отключение при возникновении аварийных режимов, связанных с повышением тока в обмотках электродвигателя.

Дополнительные возможности устройства должны обеспечивать: режим плавного пуска электродвигателя; возможность подключения технологических датчиков (датчика верхнего уровня, датчика нижнего уровня, датчика сухого хода, датчиков давления); регулировку частоты выходного напряжения в диапазоне от 20 до 70 Гц. Функциональная схема устройства защиты и управления погружным электродвигателем показана на рисунке 2.8 и имеет следующие функциональные блоки: - блок контроля и управления, выполненный на микроконтроллере (CPU); - индикатор вывода информации (DISPLEY); - система датчиков управления; - силовой блок питания, совмещённый с инвертором; - блок питания системы управления (Dc/Dc converter).

Управление работой устройства осуществляется либо через пользовательскую клавиатуру и датчики либо через последовательный интерфейс RS — 232 (СОМ 1 порт компьютера) и датчики.

Система импульсов несущей ШИМ формируется блоком контроля и управления. Блок контроля и управления представляет собой микроконтроллер. В данном случае AT 90S8535 /174,185/, содержащий 8 Кбайт внутри системно программируемого ПЗУ, 512 байт СОЗУ и 512 байт внутри системно программируемого ЭСППЗУ, 32 линии ввода / вывода, 32 регистра общего назначения, два 8-ми разрядных таймера счётчика, один 16-ти разрядный таймер счётчик, 8-ми канальный 10-ти разрядный АЦП.

Для формирования ШИМ сигналов используется один 8-ми разрядный ШИМ счётчик /44,165,176/. Работа ШИМ счётчика представлена на рисунке 2.9 /45/.

При отсутствии входного управляющего воздействия Osr, ШИМ счетчик отсчитывает синхронизирующие такты микроконтроллера сначала по нарастающей до значения 256 (FF) затем по убывающей до 0 и далее процесс зацикливается, при этом на выходе ШИМ счетчика (Tsnt) состояние не изменяется.

При возникновении управляющего воздействия Osr, счетчик, досчитав на плече нарастания до этого значения, изменяет своё состояние, и будет держать его до тех пор, пока на плече спада снова не достигнет этого числа, при этом состояние счетчика возвращается в исходное положение. При достижении счетчиком числа 0 процесс повторяется заново. На выходе счётчика формируются импульсы определённой скважности, которые в дальнейшем обрабатываются микроконтроллером и подаются на инвертор.

Микроконтроллер отсчитывает определённое количество импульсов и переключает маски состояний на своих выводах в соответствии с определённой фазной зоной. Далее процесс повторяется сначала, но маски состояний на выводах микроконтроллера соответствуют уже следующей фазной зоне. Так продолжается до тех пор, пока во всех трёх фазах не сформируется период синусоидального трёхфазного тока. Затем повторяется весь цикл. Такая система используется при создании ШИМ синусоидального тока с одинаковыми скважностями в зонах формирования базовых векторов тока. В системе имеющей 18 подзон формирования базовых векторов дело обстоит несколько сложнее. Это связано с тем, что ШИМ счетчик должен формировать в одно и то же время импульсы различной скважности и посылать их на различные выводы микроконтроллера. Для этого используется так называемое ложное входное воздействие (ложное Osr или задержка Osr). Используя его, можно за один период ШИМ, сформировать не один импульс, а три импульса различной длительности: один широкий импульс и два узких. Ширина узких импульсов будет зависеть от величины задержки, но сумма длительностей узких импульсов должна быть равна длительности широкого импульса и полностью использовать его потенциал. Принцип правильного заполнения потенциала импульса приведён на рисунке 2.10.а.

На рисунке 2.11 показано, формирование ШИМ счётчиком импульсов различной длительности. Счётчик отсчитывает тактовые импульсы и при совпадении значения счётчика со значением любого из Osr возникает прерывание, которое управляет состоянием на его выходе и на портах ввода-вывода микроконтроллера. При этом задаётся необходимая скважность импульсов и необходимое смещение на требуемых выводах портов.

Основной и самый простой способ, которым можно реализовать регулировку выходной частоты генерируемого напряжения представлен на рисунке 2.12. Регулировка частоты осуществляется следующим образом. Каждая зона (подзона) формирования базовых векторов представляет собой последовательность серий импульсов определённой скважности. Все зоны имеют одинаковое, по отношению друг к другу количество импульсов.

Методика проведения экспериментальных исследований

Снятие токовой кривой непосредственно в фазе электродвигателя необходимо производить осциллографом или измерительным АЦП с классом точности не ниже 0,5 с термонезависимого медного шунта согласно требований изложенных в /40/. Причём в двух других фазах двигателя необходимо вставить идентичные шунты, для того чтобы не искажать симметрию токов в момент измерения. Одновременно со снятием токовой кривой необходимо производить измерение уровня напряжения на шинах инвертора. Для этого также необходимо использовать осциллограф или АЦП. Но измерение нужно производить по другому каналу.

Определение кривых нагрева асинхронного электродвигателя необходимо производить при помощи ртутного стеклянного лабораторного термометра с ценой деления не более 1К, или при помощи термопреобразователей (термопар) в комплекте с вторичными приборами измерения, которые должны обеспечивать во всём диапазоне измерений погрешность не более 1,5К /40/.

Для определения кривой нагрева электродвигателя необходимо через технологическое отверстие в коробке выводов ввести измерительную часть ртутного термометра или термопары непосредственно в лобовую часть статорной обмотки. Измерение времени необходимо осуществлять при изменении температуры на 1-2К. Температуру можно считать установившейся если в течении 0,5 часа её значение не изменяется. Динамику изменения температуры двигателя при изменении механической характеристики в процессе регулировки частоты вращения можно измерять не по температуре лобовой части обмотки, а по температуре корпуса электродвигателя. При этом термометр или термопару необходимо поместить в отверстие от вывернутого рымболта.

Измерение частоты вращения необходимо осуществлять при помощи механического или электронного тахометров с классом точности не ниже 0,5 или при помощи стробоскопа. Обязательное условие, чтобы прибор измерения не приводил к изменению частоты вращения электродвигателя в процессе измерения. Скольжение электродвигателя при S 0,06, согласно /40/ можно определять косвенным образом через определение частоты вращения электродвигателя.

Время пуска электродвигателя необходимо измерять при помощи осциллографа в режиме самописца. Окончанием времени пуска можно считать время, при котором переходные процессы в двигателе прекратятся и перейдут в номинальный режим.

Количество повторов экспериментов необходимо производить достаточное для достоверной оценки воспроизводимости опытов (приложение 3).

Адекватность экспериментальных данных теоретическим необходимо проверить при помощи сравнительного гармонического анализа, а воспроизводимость опытов необходимо проверить по критерию Кохрена - отношению максимальной дисперсии к сумме всех исправленных дисперсий: G = D2mJ(D}+E%+... + D}) Распределение этой случайной величины зависит только от числа степеней свободы к = п -1 и количества выборок /. Критическую область строим правостороннюю, исходя из требования, чтобы вероятность попадания критерия в эту область в предположении справедливости гипотезы была равна принятому уровню значимости: P[G GKp(a;k;l)\=a Критическую точку GКр(а.;к,7Знаходим по соответствующим таблицам /39/. Если G GKp то теоретические данные незначимо отличаются от экспериментальных.

При проведении экспериментальных исследований необходимо соблюдать общие требования безопасности при проведении работ в электроустановках до 1000 В, без отключения напряжения /104/.

Кроме того, необходимо выполнять некоторые специфические требования, а именно: осуществлять монтаж и демонтаж измерительного оборудования только при отключенном устройстве; использовать измерительные щупы осциллографа только со специальными изолирующими колпачками; при осуществлении синхронного замера значений в цепях высокого напряжения и в цепях управления, одним осциллографом, необходимо обеспечить гальваническую развязку сигналов; после отключения устройства, необходимо выждать время, достаточное для разряда сглаживающих конденсаторов.

Гармонический анализ экспериментальных токовых кривых

Гармонический анализ токовых кривых производился при помощи разложения в ряд Фурье. Основное внимание при анализе уделялось гармоникам нечетного порядка, поскольку именно они негативно влияют на двигатель. Результат гармонического анализа представлен в относительных единицах по отношению к максимальной амплитуде гармоники первого порядка.

На рисунке 4.22 представлен гармонический состав теоретической и экспериментальной токовых кривых при соединении обмоток электродвигателя по схеме Y.

Рисунок 4.22 - Гармонический состав теоретической и экспериментальной токовых кривых номинально нагруженного двигателя при упрощённой ШИМ синусоидального тока и напряжении питающей сети 380В (схема соединения обмоток Y)

Анализируя рисунок 4.22 можно сделать вывод, что гармонический состав экспериментальной кривой практически идентичен гармоническому составу теоретической кривой, что в свою очередь подтверждает соответствие математической модели - физической. Расхождение гармонического состава экспериментальной и теоретической кривой тока, согласно сводной таблицы 4.2, составляет для третьей, пятой и седьмой гармоники 1,7%, девятой - 1,8%, одиннадцатой -1,6%.

Анализируя рисунок 4.23 можно также сделать вывод, что гармонический состав экспериментальной кривой практически идентичен гармоническому составу теоретической кривой. Расхождение гармонического состава экспериментальной и теоретической кривой тока, согласно сводной таблицы 4.2, составляет для пятой 7,9%, а остальными гармониками можно пренебречь т.к. их значения не превышают 5% от гармоники первого порядка. Учитывая, что на гармонический состав токовой кривой большое влияние оказывает пульсация выпрямленного напряжения на шинах инвертора, можно с уверенностью сказать что для схемы соединения обмоток двигателя А, также подтверждается соответствие математической модели — физической.

Так как основные экспериментальные исследования производились при схеме соединения электродвигателя Y, питающем напряжении 380В и различных коэффициентах загрузки, то проведём соответствующий гармонический анализ этих токовых кривых.

Результат приведём в сводной таблице гармонического анализа токовых кривых, полученных в результате экспериментальных исследований, в которой указаны максимальные амплитудные значения гармонических составляющих кривых тока и перевод их в относительные единицы по отношению к амплитудам первых гармоник.

Если рассмотреть в целом гармонический состав токовых кривых, то можно сделать один общий вывод. Наибольшее влияние оказывают гармоники пятого, седьмого и одиннадцатого порядков, которые возникают вследствие недостатков упрощенного метода генерации синусоидальных токов при помощи ШИМ.

Гармоники третьего и девятого порядков проявляются вследствие влияния, оказанного плохо сглаженным выпрямленным силовым напряжением. Их можно уменьшить, увеличением значения фильтрующей ёмкости.

Для того чтобы оценить влияние гармоник высшего порядка на крутящий момент электродвигателя построим график изменения момента электродвигателя под влиянием гармоник высших порядков для упрощённой ШИМ и схемы соединения обмоток Y (рисунок 4.24).

1. При возникновении несимметрии напряжений питающей сети, даже при обрыве одной фазы, устройство работает без отклонений, мощность на валу электродвигателя снижается всего на 5...7%.

2. При возникновении обрыва двух фаз питающей сети, электродвигатель погружного насоса, питающийся от разработанного устройства, обеспечит необходимый напор и не выйдет из строя из-за перегрева, при условии, что изначально насос подобран таким образом, чтобы его максимальный напор в 1,5 раза превышал расчётный напор системы водоснабжения.

3. Кривые нагрева двигателя показывают, что ухудшенный гармонический состав синусоиды тока при питании от разрабатываемого устройства не оказывает существенного влияния на нагрев электродвигателя, температура нагрева увеличивается всего на 8..9%.

4. Испытание работы блока автоматизированного контроля системы датчиков управления, показало полное соответствие технологическому процессу «башенного» водоснабжения.

5. Исследование функции плавного пуска электродвигателя по напряжению позволило признать этот способ пуска не эффективным

6. Исследование функции комбинированного плавного пуска электродвигателя по напряжению и частоте позволило определить оптимальные соотношения частот и напряжений, а также принудительных длительностей пусков, для двух законов регулирования Osr-2 (U/f2) и Osr-1 (U/f), позволяющие осуществлять пуск электродвигателя с минимальными пусковыми токами.

7. Исследование режима регулирования частоты вращения двигателя при двух законах Osr-2 (U/f ) и Osr-1 (U/f), и определение температуры нагрева двигателя на разных ступенях регулирования, подтвердило возможность использования обоих законов для регулирования частоты вращения электроприводов с вентиляторной характеристикой момента сопротивления на валу.

8. Для регулировки частоты вращения погружного электродвигателя рекомендуется использовать закон регулирования Osr-1 (U/f), так как при этом законе электромагнитное воздействие, втягивающее ротор сильнее, чем при за-коне Osr-2 (U/f ) и диапазон регулирования частоты вращения шире.

Похожие диссертации на Совершенствование защиты и управления электродвигателями погружных насосов на основе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией